| 研究概要 |
本研究ではオイラー方程式を用いて超音速自由噴流中で起こる不安定現象をOsher法及びPLM法で数値シミュレーションした. 具体的には準定常流として静止気体中に噴出する不足膨脹ジェットと超音速一様流に対して逆向きに噴出する逆噴射ジェット, また非定常流としては静止気体中に外気と同じ圧力で噴出する密度ジェット(宇宙ジェット)の数値解を求めた. その結果, ケルビン, ヘルムホルツ不安定, レイリー・テイラー不安定, フィードバックループ共鳴振動, マッハディスクインデュースト不安定の四つの不安定現象が数値的に確認された.
特にケルビン・ヘルムホルツ不安定は本研究でシミュレートした全てのジェット中に現れた現象で, 自由噴流中の不安定現象の中で最も典型的で重要なものである. レイリー・テーラー不安定は逆噴射ジェットと宇宙ジェット中に現れたもので, ケルビン・ヘルムホルツ不安定と結びついて大きな不安定性をもたらす事が明らかになった.
超音速自由噴流中には, 基本的な流れ場の形として, 衝撃波のセル構造が存在する. この衝撃波のセル構造はそれ自身では強い安定性を示す. しかしジェット境界で発生するケルビン・ヘルムホルツ渦と衝撃波とは強く干渉し合い, 音波を放射する. その結果, ケルビン・ヘルムホルツ渦, 衝撃波のセル構造及びジェット外側の音場はフィードバラクループを形成し, 超音速自由噴流の自励振動をひき起す. 数値解析により得られたこの結果は実験的事実と一致している. マッハディスクインデュースト不安定は衝撃波の三重点が形成されるような流れ場の中で起こるもので, 逆噴射ジェット中に最も強く現れた. 三次元的あるいは非対称モードの不安定としてガーデンホース不安定があるが, 軸対称解析では取り扱う事が不可能で, 三次元計算による解析が必要である.
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